И.М. Железных, ИЯИ РАН "Ранние годы физики нейтрино высоких энергий (1957-1963)
Отделение физики высоких энергий
-
Upload
carter-carpenter -
Category
Documents
-
view
60 -
download
2
description
Transcript of Отделение физики высоких энергий
А. Васильев19.04.23 1
Отделение физики высоких энергий
Планы 2008 года:
Декабрь 2008 г. – создание в ПИЯФ криогенной время-проекционной ионизационной камеры(Cryo_TPC ) и испытание при азотных температурах.
Май 2009 г. – создание и испытание в ПИЯФ системы охлаждения и полная сборка криогенной системы.
Июнь-сентябрь 2009 г. – испытания в ПИЯФ, подготовка к пучку.
Ноябрь-декабрь 2009 г. – первый тестовый пучок в PSI.
2010 г. – 2013 г. – набор статистики.
Действительность:
Май 2010 г. – первый тестовый пучок в PSI.
Октябрь-декабрь 2010 г. – набор 10% статистики.
Май-август 2011 г. – пучок в PSI, набор 50% статистики.
Планы:
2012 год – переезд на новый пучок, модернизация системы.
2013 год – окончательный набор статистики.
Эксперимент μSun 2008-2013 гг.
А. Васильев19.04.23 2
Эксперимент Cap
Эксперимент Cap закончен в 2007
npНабранная статистика 2·1010 событий
остановок мюона
На сегодняшний день обработано 10% событий
Псевдоскалярный форм-фактор нуклона gp = 7.3 ± 1.1
V. A. Andreev et al., Phys. Rev. Lett., 99, 032002 (2007)
Окончательная обработка всех данных ожидается в начале 2012 кода ! (?)
А. Васильев19.04.23 3
Изучаемая реакция
nnd
Эксперимент Sun начался в 2008
Измерение скорости захвата мюона с точностью 1%необходимо для уточнения современной теории слабого
взаимодействия, Effective Field Theory, EFT
Структурная связь с реакцией
eedpp
первичного нуклеосинтеза на Солнце
А. Васильев19.04.23 4
Кинетическая схема взаимодействия - с дейтерием
d
Z
3He
3He
pd
dd+n+n
+t+p
+ He+n3
+ g
+n
He+ (5.5 Mev)
d
3/2
1/2
+t
+d+n
+n+n+p
Lqd
Lq
LdLdZ
Lpd
Ldd1/2
Ldd3/2
1 b
b(1 w )d
bwd
lc
Время жизни 2.2 s e
e
А. Васильев19.04.23 6
Измерительная схема
ee ee
eSC
eSC
ePC2
ePC1
PC
SC
e-
-
SC – время входа мюона (t)CryoTPC - остановка мюонаePC1, ePC2 – траектория электрона
eSC - время вылета электрона (ts)
L 11
d
А. Васильев19.04.23 7
«Мюон по запросу» «Muon-on-Request»
Требуется попадание в камеру только одного мюона за период измерения - 25s
Pile-up мюоны существенно подавлены (средняя частота следования мюонов в пучке ~100 kHz)
Kicker±12.5 kV, на паре обкладок
~ 60 ns время переключения
А. Васильев19.04.23 8
«Тяжелые» примеси
( ) *1ZdZdZd
(Z-1)* +
Система создана в 2003 году. Ресурс ПОЛНОСТЬЮ выработан!
Требования к чистоте:Все «тяжелые» примеси менее 1 ppb
А. Васильев19.04.23 9
«Легкие» примеси.
LNT
MFC1V1
V3
V2
MFC2
PT1
DPT1
DPT2
4
1
3
9
11
14
13
6
2
8
5
7
10
12
L 11
d
L 11
d
Дейтерий, произведенный в 2008 году (уровень HD – десятки ppb) и сохраненный в гидридах,в 2011 содержал 0.15% протия! Дейтерий, произведенный в 2011 году перед началом эксперимента, к концу эксперимента (4 месяца) содержал ≈100 ppm протия!
(D2+H2O→HD+HDO, D2+HDO→HD+D2O)
Требования к изотопной чистоте:примесь протия – не более 100 ppm
В эксперименте MuCap получен САМЫЙ изотопно Чистый в мире водород!
< 6 ppb
А. Васильев19.04.23 12
Катодная плоскость и дрейфовый промежуток
Потенциал катода -80…-90 kVНапряженность поля 80 kV/7.3 cm = 11 kV/cmОднородность (по абсолютной величине) напряженности поля 4-5%
Проблемы высоковольтной системы:-Большие диэлектрические поверхности-При утечках и пробоях вспышки рентгеновского излучения
Катод с 100 m серебренной фольгой
А. Васильев19.04.23 13
Экранирующая сетка
Задача сетки – экранировка положительного объёмного заряда в области прохождения или остановки мюона.
- Сетка должна быть прозрачна для электронов.-Сетка должна экранировать электрическое поле положительного объемного заряда.-Материалы рамки должны быть слабо-магнитными при криогенных температурах.
Зазор сетка-анод – 0.15 смПотенциал сетки - 3.5 kVНапряженность поля – 3.5 kV/0.15 cm =23.3 kV/cm (11 kV/cm катод сетка)Проволочки диаметром 30 m, шаг 250 m, Нихром.Натяжение 25 g.
0 50 100 150 200 250 300-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
1
-6
T, Kтемпературная зависимость магнитной
восприимчивости образца стали марки DIN 1.4429. 50 K переход из парамагнитного состояния в состояние спинового стекла. Динамическая
магнитная восприимчивость, Коптев В.П. и Ко
А. Васильев19.04.23 15
Работа системы охлаждения
Сигнал от акустического шума, снятый со включенной системой электронного подавления шумов (слева) и без нее (справа). Надточий А.
А. Васильев19.04.23 18
Распределение остановок мюонов в дрейфовом промежутке по вертикали
Время дрейфа, s Сумма по всем pads, за исключением крайних
Катод (73 мм от анода)
Сетка (1.5 мм от анода) Середина дрейфовогоПромежутка, максимум пучка
34 K, 5 bar, 80 kV
А. Васильев19.04.23 19
Набор экспериментальных данных
Относительная доля событий для каждого шага отбора и суммарная скорость набора этих событий на пучке.
Критерий отбораЭффективность, % Скорость, кГц
Сработал μSC, кикер выключен 25
Сработал μSC, кикер включен 25/80
Совпадение срабатывания μSC и μPC1 75 19
Остановка в чувствительной области TPC 56 10
Полностью реконструированный трек электрона 61 6
1010 событий / 6000 Hz = 1.6 106 s = 20 days
А. Васильев19.04.23 20
Энергетический спектр
3He
3He
t+p
nMeVHedd )8.0(3
На спектре энергия 3He = 0.35 MeV
-Рекомбинации электронов;-Потери на сетке.
Энергия, MeV
А. Васильев19.04.23 21
S-energy
padpreviousepadstoppings EEE 2S-energy, keV Drift time, s
S-e
nerg
y,
keV
34 K, 5 bar, 80 kV
А. Васильев19.04.23 23
Эффект «прилипания»
1.E-03
1.E-02
1.E-01
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
25 30 35 40 45 50
Температура, K
Давл
ен
ие н
асы
щен
ны
х п
ар
ов к
исл
ор
од
а, p
pb
А. Васильев19.04.23 24
Заключение
За время сеанса в период с 15 июня по 10 сентября 2011 года была набран следующий массив данных
ПучокКоличество
набранных файловКоличество остановок
мюона в TPCКоличество электронов от
распада мюона
- 13122 1.01010 0.71010
1540 1.1109 0.8109
Набранная статистика позволяет получить точность определения скорости захвата мюона дейтроном на уровне 10 с-1.
Планы:
2012 год – переезд на новый пучок E3, модернизация системы.
2013 год – окончательный набор статистики.